DE2847249C2 - Cylinder head for internal combustion engines - Google Patents
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Description
JOJO
Die Erfindung bezieht sk.h auf e..ien Zylindeikopf für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Ein- und Auslaßventil, bei dem im Bereich ώ.: Brennraumober- j-, fläche Eingießteile aus Blech vorgesehen sind, welche vor dem Einguß mit Schlichte bestrichen sind.The invention relates to a cylinder head for internal combustion engines with at least one inlet and outlet valve, in which in the area ώ. : Top of the combustion chamber j, surface cast-in parts made of sheet metal are provided, which are coated with a coating prior to casting.
Es ist bekannt, daß der Ventilsteg von Zylinderköpfen hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und deshalb in diesem Bereich zu Rißbildungen neigt, die ^o sogar solches Ausmaß annehmen können, daß die Zylinderköpfe dadurch unbrauchbar werden.It is known that the valve web of cylinder heads is exposed to high thermal loads and therefore tends to form cracks in this area, which ^ o can even be to such an extent that the cylinder heads become unusable.
Zur Vermeidung von Ventilstegrissen ist es bei Leichtmetallzylindern bekannt, Blechringe konzentrisch zur Zylinderkopfmitte in die Leichtmetallegierung des Zylinderkopfes einzugießen. Die Bleche stehen dabei senkrecht auf der Brennraumoberfläche. Zur Verhinderung der Benetzung der Blechringe mit der eingegossenen Schmelze werden diese vor dem Einlegen in eine Gießform mit Schlichte bestrichen. Durch diese Maßnahme sollen radiale Dehnspalte entstehen, so daß »ich der Zylinderkopf bei Erwärmung oder Abkühlung in radialer Richtung ohne Ausbildung plastischer Verformungen dehnen kann. Durch die freie Dehnbarkeit sollen Wärmespannungen vermieden werden. Ein solches Verfahren mag in Anwendung auf Materialien mit hoher Verformbarkeit anwendbar sein, bei Zylinderköpfen aus Giiße.sen mit seiner Sprödigkeii ist das nicht praktikabel (DE AS 10 01 860).In order to avoid valve tears in light metal cylinders, it is known to use sheet metal rings concentrically to be poured into the light metal alloy of the cylinder head towards the center of the cylinder head. The sheets are there perpendicular to the combustion chamber surface. To prevent wetting of the sheet metal rings with the poured melt, they are placed in a The casting mold was coated with a coating. This measure should create radial expansion gaps so that »I the cylinder head when heated or cooled in the radial direction without forming plastic Deformations can stretch. Due to the free elasticity, thermal stresses should be avoided. A Such a method may be applicable to materials with high deformability, but not to cast cylinder heads with their brittleness practicable (DE AS 10 01 860).
Um bei Eingießteilen das Benetzen dieser Eingießtei-Ie mit der Schmelze zu verhindern, ist es allgemein bekannt, dieses ingesamt oder teilweise mit Schlichte als Trennmittel zu bestreichen (»Gießerei Lexikon«, Ausgabe 1974. Seite 614/615).In order to prevent wetting of these cast parts with the melt in the case of cast-in parts, it is general known to coat all or part of this with coating as a release agent (»Foundry Lexicon«, 1974 edition, page 614/615).
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ei zugrunde, bei Zylinclerköpfen auf der Basis von Gußeisenwerkstoffen eine Ausbreitung von bereits einsetzenden Ventilstegrissen zu sloppcn.In contrast, the invention has the task of ei basis, with cylinder heads based on cast iron materials a spread of already incipient valve struts to sloppcn.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Eingießteil im Bereich des Ventilsteges derart in den Zylinderkopf eingegossen wird, daß das Eingießteil dicht unter der Brennraumoberfläche und zu dieser parallelliegend angeordnet ist. This object is achieved according to the invention in that the pouring part is poured into the cylinder head in the region of the valve web in such a way that the pouring part is arranged close to and parallel to the combustion chamber surface.
Durch diese Maßnahme wird ein weiteres Eindringen eines bereits einsetzenden Risses aufgrund dreier Effekte verhindert:This measure prevents a crack that has already started to penetrate further due to three Effects prevented:
1. Der Riß trifft von der Brennraumoberfläche ausgehend auf das Eingießteil, das eine ungekerbte Oberfläche repräsentiert und wird an dieser gestoppt. Man macht hier also von der bei Festigkeitsproblemeii bekannten Tatsache Gebrauch, daß in einer gekerbten Oberfläche (Ventilstegriß) Spannungsspitzen auftreten. Diese Spannungsspitzen führen nun im Zusammenwirken mit thermischen Beanspruchungen bei dem Zylinderkopf der Erfindung zur Bildung eines Risses, der aber nach dem Eindringen bis an die glatte Oberfläche des Eingießteiles dort gestoppt wird, da sich die geschilderten Spannungsspitzen an der ungekerbten Oberfläche des Eingießteiles nicht ausbilden können. Um tatsächlich eine glatte kerbfreie Oberfläche des Bleches nach dem Einguß in den Ventilsteg zu gewährleisten, besteht das Eingießteil aus einem Material, dessen Erweichung durch die heiße Gußeisenschmelze des Zylinderkopfes mit Sicherheit vermieden wird. Zudem wird das Eingießteil noch vor dem Eingießen in bekannter Weise teilweise oder ganz mit Schlichte bestrichen als zusätzliche Maßnahme zur Erzielung einer glatten, kerbfreien Oberfläche. Die erfindungsgemäße Maßnahme verhindert durch vernachlässigbaren Mehraufwand in der Fertigung die Zerstörung von Zylinderköpfen durch sich ausbreitenden Ventilstegriß.1. Starting from the surface of the combustion chamber, the crack hits the cast part, which is an unnotched one Surface and is stopped at this. So here you do from the at Strength problems with the known fact that stress peaks occur in a notched surface (valve web crack). These voltage peaks now work together with thermal stresses in the cylinder head of the invention to form a crack that but after penetration up to the smooth surface of the pouring part is stopped there because the stress peaks described do not appear on the unnotched surface of the cast part can train. To actually get a smooth one To ensure a notch-free surface of the sheet metal after pouring into the valve land, this exists Cast part made of a material whose softening by the hot cast iron melt of the cylinder head is definitely avoided. In addition, will the pouring part even before pouring in a known manner partially or completely with sizing coated as an additional measure to achieve a smooth, notch-free surface. The measure according to the invention prevents the Destruction of cylinder heads due to valve stem spreading.
2. Das Eingießteil kann leichler als der ganze Zylinderkopf mit einer optimalen Eigenschaftskombination versehen werden, da sich der Preis infolge hoher Legierungsbestandteile im Eingießteil wegen dessen geringer Masse kaum auswirkt.2. The cast part can be provided with an optimal combination of properties more easily than the entire cylinder head, since the price hardly has any effect due to the high alloying constituents in the cast-in part due to its low mass.
3. Durch die Lage des Eingießtciles unter der Oberfläche wird es thermisch nicht so hoch belastet, verglichen mit den Teilen unmittelbar im Bereich der Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes.3. Due to the position of the pouring piece under the It is not so thermally stressed on the surface compared to the parts directly in the Area of the combustion chamber surface of the cylinder head.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht nach Anspruch 2 darin, daß das Eingießteil aus einem sich über den Ventilstegbereich hinaus erstreckenden GuBteil gebildet wird, welches im Stegbereich parallel aber unterhalb der Brennraumoberfläche verläuft, und daß am Gußteil endseits nachzuarbeiiende Absätze vorhanden sind.According to claim 2, an advantageous further development consists in the fact that the cast part consists of a the valve web area is formed extending beyond the valve web area, but which is parallel in the web area runs below the combustion chamber surface, and that on the cast part there are shoulders to be machined at the ends.
Nach dieser Ausführung kommt ein über den Stegbereich hinausragendes Eingießteil zur Anwendung, welches fest im Zylinderkopf verankert ist. und sich wegen der endseitigcn Ansätze während des Gießvorgangs sicher in seiner Position verankern läßt, wobei die Ansätze nach dem Einguß durch Nacharbeit entfernt werden.According to this embodiment, a cast-in part protruding beyond the web area is used, which is firmly anchored in the cylinder head. and can be safely anchored in its position during the casting process due to the end-side approaches, the approaches being removed by reworking after casting.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich nach Anspruch 3 dadurch aus. daß das Gußteil aus einem hochlegierten Werkstoff gebildet wird.Another feature of the invention is characterized according to claim 3. that the casting made a high-alloy material is formed.
Wegen der geringen Masse des Gußteih läßt sich ohne nennenswerte Mehrkosten Material mit optimalen Eigenschaftskombinationen, wie Festigkeit, Kriechei-Because of the low mass of the cast part, material can be optimally used without significant additional costs Combinations of properties, such as strength, creep
genschaft. Wärmedehnung und £-Modul verwenden.property. Use thermal expansion and £ module.
Es hat sich nach Anspruch 4 ferner als vorteilhaft erwiesen, daß das Eingießteil aus einem Blech oder einem aus mehreren Blechen zusammengefügten Paket gebildet wird, und daß als Werkstoff für das Blech Material hoher Zugfestigkeit verwendet wird.It has also proven to be advantageous according to claim 4 that the cast part is made of a sheet metal or a package assembled from several sheets is formed, and that as a material for the sheet High tensile strength material is used.
Mit dieser Ausführungsart wird ebenfalls Material hoher Zugfestigkeit zur Anwendung gebracht, da der Preis der Legierung nicht nennenswert angesichts des geringen Materialaufwands ist. Um klare Trennung des Bleches vom umgebenden Guß bzw. Trennung der Bleche untereinander bei Verwendung mehrerer Bleche zu gewährleisten, wird ganz oder teilweise mit Schlichte bestrichen.With this embodiment, material of high tensile strength is also used, since the The price of the alloy is negligible in view of the low cost of materials. To clearly separate the Sheet metal from the surrounding cast or separation of the sheets from one another when using several sheets to ensure is completely or partially coated with size.
Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtTwo exemplary embodiments are shown in the drawing. It shows
F i g. 1 eine Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes mit eingegossenem Blech,F i g. 1 is a plan view of the combustion chamber surface a cylinder head with cast sheet metal,
Fig.2 einen Schnitt H-Il durch den Ventilsteg mit Blech zwischen den Ventilsitzen,2 shows a section H-II through the valve web with sheet metal between the valve seats,
Fig.3 einen Schnitt III-III durch Zylinderkopf nach Fig.1 mit Bohrung für die Einspritzdüse,3 shows a section III-III through the cylinder head Fig. 1 with hole for the injection nozzle,
F i g. 4 eine Draufsicht auf die Brennraumoberfläche mit Gußteil.F i g. 4 is a plan view of the combustion chamber surface with the casting.
Fig. 5 einen Schnitt V-V durch den Ventilüeg mit Gußteil zwischen den Ventilsitzen undFig. 5 with a section V-V through the Ventilüeg Casting between the valve seats and
Fig.6 einen Schnitt VI-VI durch Zylinderkopf mit Bohrung für Einspritzdüse.6 shows a section VI-VI through the cylinder head with Hole for injection nozzle.
Die in F i g. 1 dargestellte Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes 1 zeigt die öffnungen eines Einlaß- und Auslaßventils 2, 3 und die Mündung der Bohrung eines Einspritzventiles 4. Zwischen den beiden öffnungen für die Ventile ist dicht unter der Oberfläche ein Blech 9 in den Ventilsteg 6 eingegossen. Die Lage des Bleches bezüglich der Oberfläche des Zylinderkopfes 1 kann den F i g. 2 und 3 entnommen werden.The in F i g. FIG. 1 shows a plan view of the combustion chamber surface of a cylinder head 1 openings of an inlet and outlet valve 2, 3 and the mouth of the bore of an injection valve 4. A sheet metal 9 is located in the valve web 6 between the two openings for the valves, just below the surface poured. The position of the sheet metal with respect to the surface of the cylinder head 1 can be shown in FIG. 2 and 3 can be removed.
In Fig.2 ist ein Schnitt durch die Ventilebene des Zylinderkopfes 1 zu seh'rn. Zwischen den Ventilen im Ventilsteg 6 ist das (licht unter der Oberfläche eingegossene Blech 9 zi1 erkennen. Um eine kerbfreie Oberfläche zu gewährleisten, besteht dieses aus warmfestem Material. ^1Ti nicht beim Abguß aufzuichmelzen. und obendrei'1 wurde es vor dem Einlegen in die Gießform noch mit Schlichte bestrichen. Ein von der Brennraumoberfläche di\ Zylinderkopfes ausgehender Riß im Ventilsteg 6 wird am Fortschreiten durch das Auftreffen auf die kerb'r<:ie Oberfläche des Bleches gestoppt, da dieses zum Atibau der sonst im Grund des Risses auftretenden Kerbspannung führt.A section through the valve plane of the cylinder head 1 can be seen in FIG. Between the valves in the valve bridge 6 is the (light beneath the surface of cast sheet 9 zi 1 seen. In order to ensure a notch-free surface, this consists of heat resisting material. ^ 1 Ti not aufzuichmelzen during casting. And above three '1 it was before loading A crack in the valve web 6 starting from the combustion chamber surface of the cylinder head is stopped from advancing by hitting the notch surface of the sheet metal, as this is used to build up the otherwise occurring in the bottom of the crack Notch stress leads.
Anstelle eines Bleches 9 kann auch ein aus mehreren Blechen geschichtetes Blechpaket treten, wobei die Bleche jeweils zur Trennung untereinander mit Schlichte bestrichen werden,Instead of a sheet 9, a stack of laminations made up of several laminations can also be used, the Plates are coated with coating to separate them from each other,
F i g. 3 zeigt einen Schnitt III-III durch den VentilstegF i g. 3 shows a section III-III through the valve web
6 und die Bohrung der Einspritzdüse 4. Im Ventilsteg ist wieder das eingegossene Blech 9 zu erkennen, welches dicht unter der Oberfläche und parallel zu dieser liegt.6 and the bore of the injection nozzle 4. Is in the valve web again to recognize the cast metal sheet 9, which lies just below the surface and parallel to it.
Man ersieht aus dem Schnitt, daß durch die Materialanhäufung im Ventilsteg 6 schlechte Kühlverhältnisse vorliegen, die zwangsläufig zu Wärmespannungen führen und Risse zur Folge haben, die aber durch das eingegossene Blech 9 zum Stoppen gebracht werden können.One can see from the section that due to the accumulation of material Bad cooling conditions exist in the valve web 6, which inevitably lead to thermal stresses lead and result in cracks, which are brought to a stop by the cast sheet 9 can.
Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen eine Variante des Eingießteiles 5, welches hier als Gußteil 7 ausgebildet ist. In Fig.4 ist die Draufsicht auf das Gußteil dargestellt, das, wie durch die strichlierten Linien dargestellt, sich unterhalb der Brennraumoberfläche, aber zu dieser flächenparaliel befindet. Die strichpunktiert eingezeichneten Ausnehmungen für die Ventils. <.e werden nach dem Einguß herausgearbeitet. Endseitig is. das GußteilThe F i g. 4, 5 and 6 show a variant of the pouring part 5, which is designed as a cast part 7 here. In Figure 4, the top view of the casting is shown, which, as shown by the dashed lines, is located below the combustion chamber surface, but is surface parallel to this. The dotted recesses for the valve. <.e are worked out after the casting. End is. the casting
7 mit Ansätzen 8 versehen, welche eine Fixierung -5 während des Eingießens im Zylinderkopf 1 gewährleisten. 7 provided with lugs 8, which ensure a fixation - 5 during the pouring in the cylinder head 1.
Fig.5 jeigt einen Schnitt durch den Ventilsteg mit Gußteil 7 im Bereich zwischen den Ventilsitzen. Das Gußteil liegt dicht unter der Oberfläche des Zylinder-Fig. 5 is a section through the valve web Cast part 7 in the area between the valve seats. The casting lies just below the surface of the cylinder
in kopfes und ist in dem Stegbereich mit Schlichte bestrichen, um eine klare Trennung zum umgebenden Zylinderkopfguß zu gewährleisten, damit ein einsetzender Stegriß auch tatsächlich auf eine glatte Oberfläche trifft und nicht auf eine durch Anschmelzvorgänge in the head and is coated with a coating in the web area in order to ensure a clear separation from the surrounding cylinder head casting, so that an incipient web crack actually meets a smooth surface and not one caused by melting processes
n bereits wiederum gekerbte Fläche. n already notched surface.
F i g. 6 zeigt einen Schnitt VI-VI durch Ventilsteg und Bohrung der Einspritzdüse. Das Gußteil erstreckt sich beidseits über den eigentlichen Stegbereich hinaus und ist damit zuverlässig im umgebenden Zylinderkopf verankert. Die Ansätze 8 dienen der Fixierung des Gußteils während des Zylinderkopfabgusses und werden durch Nacharbeit abgetragen. In dem mit A gekennzeichneten Stegbereich wurde das Gußteil vor dem Eingießen mit Schlichte bestrichen, damit nach demF i g. 6 shows a section VI-VI through the valve web and bore of the injection nozzle. The cast part extends on both sides beyond the actual web area and is therefore reliably anchored in the surrounding cylinder head. The approaches 8 are used to fix the casting during the cylinder head casting and are removed by rework. In the web area marked with A , the casting was coated with wash before pouring, so that after
4> Erstarren der Schmelze die Oberfläche des Oußteiles gewahrt bleibt und seine ihm zugedachte Funktion als Rißstopper in der beabsichtigten Art und Weise übernimmt. 4> solidification of the melt the surface of the outer part is preserved and its intended function as a crack stopper takes over in the intended manner.
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
Claims (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19782847249 DE2847249C2 (en) | 1978-10-31 | 1978-10-31 | Cylinder head for internal combustion engines |
Publications (2)
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ID=6053517
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (3)
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-
1978
- 1978-10-31 DE DE19782847249 patent/DE2847249C2/en not_active Expired
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Also Published As
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